应用光学设计学习体会

学习体会

刚开始接触光学课程设计时，感觉这是一门很有挑战性的课程，特别是对于我们这些只会使用望远镜而从没想过要怎样设计的人来说，更是觉得自己在几周内设计一个望远镜是不可能的事。随着老师的逐步讲解，我对望远镜的设计有了进一步的了解，特别是对设计的流程有了更深的体会。但是，直至写报告之时，我才发现真正要把设计思路，设计过程，每一个式子，每一个数据是怎样得到的清清楚楚的写下来，还是困难重重的。原因很简单，就是在老师讲解时，我只是有个感性的认识，觉得老师讲的大概是对的，并没有深入地去理解为什么可以这样设计，而到了自己要把它讲清楚时，各种各样的问题就来了。总之，从头走到尾走下来，感觉收获是很大的，虽然过程是辛酸的，但是结果却令自己很欣慰。

对于软件的使用，特别是TCOS的使用，我想说一句，没有掌握自动优化功能的使用，就没有掌握TCOS光学设计软件的精髓。我在刚开始时，根据计算得到的半径数据，上机调试，由于认识上的错误，一直以为最终的半径一定是在计算得到的数据的附近的值。并且由于初期不懂得正确使用自动优化功能，因而我一直在计算得到的数据附近手动修改数据，结果得到的像差一直得不到较好的校正，特别是物镜的球差与位置色差的校正，真可用“鱼和熊掌不可兼得”来形容。后来逐渐发现自动优化功能是比较好用的，并且通过自动优化功能，我发现了最终的半径结果与最初的数据有较大的出入，甚至连数量级的都不同。在物镜的调r的值曾一度达到-2000多，当时位置色差全孔径和零孔径分别达到0.05多与试过程中，

3

-0.09多，是我调过的结果中位置色差最好的，且全孔径球差也满足要求，但由于弧矢彗差达到0.028，超出容限，因而最终没有选择该组数据。对于物镜像差的校正，我想总结一下方法，以供学弟学妹们参考（目镜相对简单，在此不再赘述）：首先，必须明确有多少个可调参量及有多少个需要校正的参量。物镜有3个曲率半径及3个厚度间隔可调，有3种像差及有效焦距，后截距需要校正。其次，要搞清各个可调参量对需校正的参量有哪些影响，影响多大以及需校正的参数哪些较难校正哪些较易校正，从而确定参数调整的优先级。对于物

d对像差没有影响，但对有效焦距镜，球差与位置色差较难调整，而子午彗差较易调整；

3

d较易达到要求，但有效焦距不能偏离与后截距有影响，因此有效焦距与后截距通过调整

3

r对像差的影120mm太远，一般在117~123mm内可通过调节3个厚度间隔使之达到要求；

2

响最大，其次是1r ，再次是1d ，而3r 几乎对像差没有影响，因此校正物镜像差主要从2r ,1r 入手，1d 辅助调节；1r 增大将使球差增大，色差曲线左移，2r 增大将使球差减小，色差曲线右移；1d 、2d 的改变将影响色差曲线的宽度与位置，这也是为什么有的人色差两边的绝对值之和仅有0.15而有的人却达到0.19甚至0.2以上，但需注意1d 、2d 的值不宜与计算值偏离太多，否则其它像差可能较大。综合以上结论，以下给出我个人觉得较为快捷的调节方案：首先，将1r 、2r 、3r 、1d 、2d 全设为可调参量，自动优化参数选择'

m L δ，'0.70.7Ks y h ，

0.7FC L ∆，ϕ进行自动优化，注意由于自变量个数多于函数个数，所以将会得到多组满足优化条件的解，但要从中选择各个可调参量的值与最初的计算结果较接近的一组，特别是1d 、2d 不能偏离太远，且查询光学设计手册可知，为了保证光学零件的强度，对于30D mm =的透镜边缘厚度不能小于1.5mm 。选定一组解后，将1d 、2d 保留一位小数，并将其改为非可变参量。这样就只剩1r 、2r 、3r 三个可变参量，在此基础上再进行优化，注意此时自变量少于函数个数，优化要减少一个函数，如去掉'0.70.7Ks y h ，否则优化可能无法收敛。确定了最终的优化半径后，与标准半径对比，进行调整，并辅之以手工校正，确定最终的曲率半径。

至于作图，较简单的图可以直接利用Word 自带的绘图功能画，一些较复杂的图需要用到专门的CAD 软件绘制。由于网上没有天喻CAD 的下载资源，或者载得了安装不了，因此我选用了中望CAD 软件，顺便支持一下国产软件。相比于天喻的二维平面制图，提供了三维制图的中望CAD 操作起来相对复杂一些。我花了一个晚上的时间才大体上摸清了它在绘制各种图形时操作方法，感觉它的界面，操作习惯和命令方式与AutoCAD 高度相似。作图方面还存在不足的地方，如怎样在一条直线中加一个箭头以表示光的传播方向，还望知者告之。总之，我个人觉得，中望CAD 还是很好用的，推荐使用。

另外在输入过程中还用到了一款相当不错的软件——mathtype 数学公式编辑器。这款软件我发现的唯一的不足是不能在公式中输入中文，如在输入分划板的通光口径时D 右下角的“分”字输入不了，不知有没有其它软件解决了此问题，我也懒于考证。

最后，在此感谢在课程设计中给予我帮助的各位老师，同学，谢谢你们的大力支持！